JP5538534B2 - Method for producing fluorine-containing imide compound - Google Patents

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Description

本発明は、フッ素含有イミド化合物の製造方法の改良に関する。
本願は、2010年5月26日に、日本に出願された特願2010−120657号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to an improvement in a method for producing a fluorine-containing imide compound.
This application claims priority on May 26, 2010 based on Japanese Patent Application No. 2010-120657 for which it applied to Japan, and uses the content for it here.

フッ素化されたイミド化合物(フッ素含有イミド化合物)は、イオン導電材料やイオン液体のアニオン源として有用な物質であることが知られている。また、イオン液体は、特に電池やキャパシタの電解質、反応溶媒や触媒等として有用である。このイオン液体は、例えば、フッ素化されたイミド化合物である含フッ素スルホニルイミド酸の塩と、イミダゾリウム臭化物塩のような第4級アミンのハロゲン化物塩とを塩交換することによって得られることが一般に知られている。   It is known that a fluorinated imide compound (fluorine-containing imide compound) is a substance useful as an anion source of an ion conductive material or an ionic liquid. In addition, the ionic liquid is particularly useful as an electrolyte, reaction solvent, catalyst or the like for batteries or capacitors. This ionic liquid can be obtained, for example, by subjecting a salt of a fluorinated sulfonylimide acid, which is a fluorinated imide compound, to a salt exchange of a quaternary amine halide salt such as an imidazolium bromide salt. Generally known.

フッ素含有イミド化合物の製造方法としては、非特許文献1及び特許文献1〜3に記載される方法が知られている。具体的に、非特許文献1には、下記式(A)に示すように、フルオロスルホン酸(FSOH)と尿素((NHCO)とを反応させて、加熱しながら生成したビス(フルオロスルホニル)イミド(FSONH)と過剰のフルオロスルホン酸とを減圧蒸留によって回収する方法が開示されている。As a manufacturing method of a fluorine-containing imide compound, the method described in the nonpatent literature 1 and patent documents 1-3 is known. Specifically, in Non-Patent Document 1, as shown in the following formula (A), fluorosulfonic acid (FSO 3 H) and urea ((NH 2 ) 2 CO) were reacted and produced while heating. A method for recovering bis (fluorosulfonyl) imide (FSO 2 ) 2 NH) and excess fluorosulfonic acid by distillation under reduced pressure is disclosed.

Figure 0005538534
Figure 0005538534

また、特許文献1には、ペルフルオロアルキルスルホンアミド(RfSONH,Rfはペルフルオロアルキル基)をNa,K,Li等の塩とし、これをジスルフリルフルオライド((FSOO)又はハロゲン化スルフリルフルオライド(SOFX,Xはハロゲン原子)と反応させる方法が開示されている。Patent Document 1 discloses that perfluoroalkylsulfonamide (RfSO 2 NH 2 , Rf is a perfluoroalkyl group) is a salt such as Na, K, Li and the like, which is disulfuryl fluoride ((FSO 2 ) 2 O) or A method of reacting with a halogenated sulfuryl fluoride (SO 2 FX, X is a halogen atom) is disclosed.

また、特許文献2には、下記式(B)に示すように、ペルフルオロアルキルスルホンアミド(RfSONH)と、ペルフルオロアルキルスルホニルハライド(RfSOX)と、フッ化カリウム等のフッ素化合物(MF)と、をアセトニトリルなどの有機溶媒下で反応させて、ペルフルオロアルキルスルホニルイミド塩((RfSO)(RfSO)N・M)を製造する方法が開示されている。Further, in Patent Document 2, as shown in the following formula (B), perfluoroalkylsulfonamide (Rf a SO 2 NH 2 ), perfluoroalkyl sulfonyl halide (Rf b SO 2 X), potassium fluoride, etc. A method for producing a perfluoroalkylsulfonylimide salt ((Rf a SO 2 ) (Rf b SO 2 ) N · M) by reacting a fluorine compound (MF) with an organic solvent such as acetonitrile is disclosed. .

Figure 0005538534
上記式(B)において、Rf及びRfはペルフルオロアルキル基等を、Mはアルカリ金属等を、Xはフッ素又は塩素をそれぞれ示している。
Figure 0005538534
In the above formula (B), Rf a and Rf b represent a perfluoroalkyl group, M represents an alkali metal, and X represents fluorine or chlorine.

また、特許文献3には、下記式(C)に示すように、ペルフルオロアルキルスルホンアミドとペルフルオロアルキルスルホニルハライドとを第3級アミンあるいは複素環式アミン(NR)存在下で反応させて、ペルフルオロアルキルスルホニルイミド塩((RfSO)(RfSO)N・RNH)を製造する方法が開示されている。In Patent Document 3, as shown in the following formula (C), a perfluoroalkylsulfonamide and a perfluoroalkylsulfonyl halide are reacted in the presence of a tertiary amine or a heterocyclic amine (NR 1 R 2 R 3 ). And a method for producing a perfluoroalkylsulfonylimide salt ((Rf c SO 2 ) (Rf d SO 2 ) N · R 1 R 2 R 3 NH) is disclosed.

Figure 0005538534
上記式(C)において、Rf及びRfはペルフルオロアルキル基等を、R〜Rはアルキル基等をそれぞれ示している。
Figure 0005538534
In the above formula (C), Rf c and Rf d represent a perfluoroalkyl group or the like, and R 1 to R 3 represent an alkyl group or the like.

特開2005−200359号公報JP 2005-200399 A 特開2001−288193号公報JP 2001-288193 A 特開平8−81436号公報JP-A-8-81436

Chem.Ber.,95,246−8,1962,Appel,Eisenhauer.Chem. Ber. , 95, 246-8, 1962, Appel, Eisenhauer.

しかしながら、非特許文献1に記載された方法では、尿素とフルオロスルホン酸との反応が、炭酸ガスの発生と大きな発熱とを伴った反応であり、反応が暴走的に進んでしまうという課題があった。このため、非特許文献1に記載された方法は、反応の制御が困難であり、工業的には実施困難な方法である。   However, the method described in Non-Patent Document 1 has a problem that the reaction between urea and fluorosulfonic acid is a reaction accompanied by generation of carbon dioxide gas and a large exotherm, and the reaction proceeds runaway. It was. For this reason, the method described in Non-Patent Document 1 is difficult to control the reaction and is difficult to implement industrially.

また、特許文献1に記載された方法では、原料であるジスルフリルフルオライドは、入手が困難であり、かつ水と激しく反応するために取扱いが非常に難しいという課題があった。また、スルフリルフルオライドも室温でガスであるため、反応にはオートクレーブなどの特殊な装置が必要であるという課題があった。   Further, in the method described in Patent Document 1, there is a problem that disulfuryl fluoride as a raw material is difficult to obtain and is very difficult to handle because it reacts violently with water. Further, since sulfuryl fluoride is also a gas at room temperature, there is a problem that a special apparatus such as an autoclave is required for the reaction.

また、特許文献2及び3に記載された方法では、ペルフルオロアルキルスルホンアミドとペルフルオロアルキルスルホニルハライドとを反応させてペルフルオロアルキルスルホニルイミド塩を生成する際に、イミド化反応の添加剤として高価なアルカリ金属フッ化物や第三級アミンを多量に添加する必要があるという課題があった。
さらに、Rfの炭素数が1又は2の場合には原料となるペルフルオロアルキルスルホニルハライドの沸点が低いため、合成にあたってオートクレーブなどの特殊な反応装置が必要であるという課題があった。
Further, in the methods described in Patent Documents 2 and 3, an expensive alkali metal is used as an additive for the imidation reaction when a perfluoroalkylsulfonamide is reacted with a perfluoroalkylsulfonyl halide to produce a perfluoroalkylsulfonylimide salt. There was a problem that it was necessary to add a large amount of fluoride or tertiary amine.
Furthermore, when the carbon number of Rf is 1 or 2, the perfluoroalkylsulfonyl halide used as a raw material has a low boiling point, so that there is a problem that a special reaction apparatus such as an autoclave is required for synthesis.

なお、これまでにペルフルオロアルキルスルホンアミドを用いたペルフルオロアルキルスルホンイミドの合成方法として、ペルフルオロアルキルスルホンアミドとペルフルオロアルキルスルホン酸無水物、あるいはペルフルオロアルキルスルホンアミドとペルフルオロアルキルスルホニルハライドとの反応は知られている。しかし、フッ素含有スルホンアミドとフッ素含有スルホン酸とから、フッ素含有スルホンイミドを合成する方法は、フッ素含有スルホン酸の反応性が低いことから知られていない。   In addition, the reaction of perfluoroalkylsulfonamide and perfluoroalkylsulfonic acid anhydride, or perfluoroalkylsulfonamide and perfluoroalkylsulfonyl halide is known as a synthesis method of perfluoroalkylsulfonimide using perfluoroalkylsulfonamide so far. Yes. However, a method for synthesizing a fluorine-containing sulfonimide from fluorine-containing sulfonamide and fluorine-containing sulfonic acid is not known because the reactivity of fluorine-containing sulfonic acid is low.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、安価な原料を用いた、安全性及び生産性が高いフッ素含有イミド化合物の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, Comprising: It aims at providing the manufacturing method of a fluorine-containing imide compound with high safety | security and high productivity using an inexpensive raw material.

上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究した結果、フッ素含有スルホンアミドとフッ素含有スルホン酸とを、塩化チオニル(SOCl)の存在下で反応させることが可能であることを見出して本発明を完成させた。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, it is possible to react fluorine-containing sulfonamide and fluorine-containing sulfonic acid in the presence of thionyl chloride (SOCl 2 ). As a result, the present invention was completed.

すなわち、本発明は以下の構成を採用した。
[1] 下記式(1)に示されるフッ素含有イミド化合物の製造方法であって、
下記式(2)に示されるフッ素含有スルホン酸と、下記式(3)に示されるフッ素含有スルホンアミドと、を、塩化チオニルの存在下で反応させることを特徴とするフッ素含有イミド化合物の製造方法。
(RfSO)(RfSO)NH ・・・(1)
RfSOH・・・(2)
RfSONH ・・・(3)
但し、上記式(1)〜(3)において、Rf及びRfはフッ素又は炭素数1〜4の直鎖状あるいは分岐状のペルフルオロアルキル基である。
That is, the present invention employs the following configuration.
[1] A method for producing a fluorine-containing imide compound represented by the following formula (1),
A method for producing a fluorine-containing imide compound comprising reacting a fluorine-containing sulfonic acid represented by the following formula (2) with a fluorine-containing sulfonamide represented by the following formula (3) in the presence of thionyl chloride: .
(Rf 1 SO 2 ) (Rf 2 SO 2 ) NH (1)
Rf 1 SO 3 H (2)
Rf 2 SO 2 NH 2 (3)
However, the above formula (1) in ~ (3), Rf 1 and Rf 2 are fluorine or a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

[2] 上記式(1)に示されるフッ素含有イミド化合物が、下記式(4)に示されるトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドであり、
上記式(2)に示されるフッ素含有スルホン酸が、下記式(5)に示されるフルオロスルホン酸であり、
上記式(3)に示されるフッ素含有スルホンアミドが、下記式(6)に示されるトリフルオロメチルスルホンアミドであることを特徴とする前項[1]に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
(FSO)(CFSO)NH ・・・(4)
FSOH・・(5)
CFSONH ・・・(6)
[2] The fluorine-containing imide compound represented by the above formula (1) is trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide represented by the following formula (4):
The fluorine-containing sulfonic acid represented by the above formula (2) is a fluorosulfonic acid represented by the following formula (5),
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to item [1], wherein the fluorine-containing sulfonamide represented by the formula (3) is a trifluoromethylsulfonamide represented by the following formula (6).
(FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) NH (4)
FSO 3 H (5)
CF 3 SO 2 NH 2 (6)

[3] 前記フッ素含有スルホン酸に前記塩化チオニルを溶解して溶解液を生成する過程と、
前記溶解液を加熱し、これに前記フッ素含有スルホンアミドを添加して反応させる過程と、を備えることを特徴とする前項[1]又は前項[2]に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
[4] 前記フッ素含有スルホン酸に前記フッ素含有スルホンアミドを溶解して溶解液を生成する過程と、
前記溶解液を加熱し、これに前記塩化チオニルを滴下して反応させる工程と、を備えることを特徴とする前項[1]又は前項[2]に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
[5] 前記フッ素含有スルホン酸と、前記フッ素含有スルホンアミドと、前記塩化チオニルと、を混合して混合液を生成する過程と、
前記混合液を加熱して反応させる過程と、を備えることを特徴とする前項[1]又は前項[2]に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
[3] A step of dissolving the thionyl chloride in the fluorine-containing sulfonic acid to form a solution,
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to item [1] or item [2], further comprising: heating the solution, and adding the fluorine-containing sulfonamide to the reaction.
[4] A process of producing a solution by dissolving the fluorine-containing sulfonamide in the fluorine-containing sulfonic acid;
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to [1] or [2], wherein the solution is heated, and the thionyl chloride is dropped to react with the solution.
[5] A step of mixing the fluorine-containing sulfonic acid, the fluorine-containing sulfonamide, and the thionyl chloride to form a mixed solution;
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to [1] or [2], wherein the mixed solution is heated and reacted.

[6] 反応温度が、50〜140℃の範囲であることを特徴とする前項[1]乃至[5]のいずれか一項に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。 [6] The method for producing a fluorine-containing imide compound according to any one of [1] to [5], wherein the reaction temperature is in a range of 50 to 140 ° C.

本発明のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとを塩化チオニルの存在下で反応させることにより、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとからフッ素含有イミド化合物を合成することが可能となる。したがって、工業的に入手しやすく、扱い易い原料を用いて、収率の高いフッ素含有イミド化合物の製造方法を提供することができる。   According to the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present invention, a fluorine-containing imide is obtained from fluorine-containing sulfonic acid and fluorine-containing sulfonamide by reacting fluorine-containing sulfonic acid and fluorine-containing sulfonamide in the presence of thionyl chloride. It becomes possible to synthesize compounds. Therefore, the manufacturing method of a fluorine-containing imide compound with a high yield can be provided using the industrially easily available and easy-to-handle raw material.

以下、本発明のフッ素含有イミド化合物の製造方法について、詳細に説明する。
本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法は、下記式(7)に示されるフッ素含有イミド化合物の製造方法であって、下記式(8)に示されるフッ素含有スルホン酸と、下記式(9)に示されるフッ素含有スルホンアミドと、を、塩化チオニル(SOCl)の存在下で反応させることを特徴とするフッ素含有イミド化合物の製造方法である。
(RfSO)(RfSO)NH ・・・(7)
RfSOH・・・(8)
RfSONH ・・・(9)
但し、上記式(7)〜(9)において、Rf及びRfはフッ素又は炭素数1〜4の直鎖状あるいは分岐状のペルフルオロアルキル基である。
Hereinafter, the manufacturing method of the fluorine-containing imide compound of this invention is demonstrated in detail.
The manufacturing method of the fluorine-containing imide compound of this embodiment is a manufacturing method of the fluorine-containing imide compound shown by following formula (7), Comprising: The fluorine-containing sulfonic acid shown by following formula (8), and following formula (9) And a fluorine-containing sulfonamide represented by ( 2 ) in the presence of thionyl chloride (SOCl 2 ).
(Rf 1 SO 2 ) (Rf 2 SO 2 ) NH (7)
Rf 1 SO 3 H (8)
Rf 2 SO 2 NH 2 (9)
However, in the above formula (7) ~ (9), Rf 1 and Rf 2 are fluorine or a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

本実施形態の反応機構は、下記式(10)に示すような化学反応によって、上記式(8)に示されるフッ素含有スルホン酸と上記式(9)に示されるフッ素含有スルホンアミドとが塩化チオニル(SOCl)の存在下で反応することにより、上記式(7)に示すフッ素含有イミド化合物と、塩化水素(HCl)と、二酸化硫黄(SO)とが生成していると推測される。
本実施形態のメリットとしては、副生する塩化水素及び二酸化硫黄が気体であるため、反応系に残存しないことが挙げられる。
The reaction mechanism of this embodiment is that a fluorine-containing sulfonic acid represented by the above formula (8) and a fluorine-containing sulfonamide represented by the above formula (9) are thionyl chloride by a chemical reaction represented by the following formula (10). By reacting in the presence of (SOCl 2 ), it is presumed that a fluorine-containing imide compound represented by the above formula (7), hydrogen chloride (HCl), and sulfur dioxide (SO 2 ) are generated.
As an advantage of the present embodiment, since by-product hydrogen chloride and sulfur dioxide are gases, they do not remain in the reaction system.

Figure 0005538534
但し、上記式(10)において、Rf及びRfはフッ素又は炭素数1〜4の直鎖状あるいは分岐状のペルフルオロアルキル基である。
Figure 0005538534
However, in the above formula (10), Rf 1 and Rf 2 are fluorine or a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

(フッ素含有スルホン酸)
本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法において、一方の原料である上記式(8)で表されるフッ素含有スルホン酸としては、フルオロスルホン酸(FSOH)、並びにペルフルオロアルキルスルホン酸である、トリフルオロメチルスルホン酸(CFSOH)、ペンタフルオロエチルスルホン酸(CSOH)、ヘプタフルオロプロピルスルホン酸(CSOH)、及びノナフルオロブチルスルホン酸(CSOH)が挙げられる。本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法においては、これらのフッ素含有スルホン酸のうち、フルオロスルホン酸を用いる場合、従来困難であった、ペルフルオロ−N−(フルオロスルホニル)アルカンスルホニルアミドの製造が可能になり、好ましい。
(Fluorine-containing sulfonic acid)
In the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, the fluorine-containing sulfonic acid represented by the above formula (8) as one raw material is fluorosulfonic acid (FSO 3 H) and perfluoroalkylsulfonic acid. , trifluoromethylsulfonate (CF 3 SO 3 H), pentafluoroethyl-sulfonic acid (C 2 F 5 SO 3 H ), heptafluoropropyl acid (C 3 F 7 SO 3 H ), and nonafluorobutyl sulfonic acid (C 4 F 9 SO 3 H). In the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, among these fluorine-containing sulfonic acids, when fluorosulfonic acid is used, production of perfluoro-N- (fluorosulfonyl) alkanesulfonylamide, which has been difficult in the past, is performed. It becomes possible and preferable.

(フッ素含有スルホンアミド)
また、他方の原料である上記式(9)で表されるフッ素含有スルホンアミドとしては、フルオロスルホンアミド(FSONH)、並びにペルフルオロアルキルスルホンアミドである、トリフルオロメチルスルホンアミド(CFSONH)、ペンタフルオロエチルスルホンアミド(CSONH)、ヘプタフルオロプロピルスルホンアミド(CSONH)、及びノナフルオロブチルスルホンアミド(CSONH)が挙げられる。本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法においては、これらのフッ素含有スルホンアミドのうち、トリフルオロメチルスルホンアミド、ペンタフルオロエチルスルホンアミド、ヘプタフルオロプロピルスルホンアミド、ノナフルオロブチルスルホンアミドなどを用いることが原料の入手が容易である観点からより好ましく、トリフルオロメチルスルホンアミドを用いることが原料の入手が特に容易である観点から最も好ましい。
(Fluorine-containing sulfonamide)
In addition, examples of the fluorine-containing sulfonamide represented by the above formula (9) as the other raw material include fluorosulfonamide (FSO 2 NH 2 ) and perfluoroalkylsulfonamide, trifluoromethylsulfonamide (CF 3 SO 2 NH 2), pentafluoroethyl sulfonamide (C 2 F 5 SO 2 NH 2), heptafluoropropyl sulfonamide (C 3 F 7 SO 2 NH 2), and nonafluorobutyl sulfonamide (C 4 F 9 SO 2 NH 2) can be mentioned. In the method for producing a fluorine-containing imide compound of this embodiment, among these fluorine-containing sulfonamides, trifluoromethylsulfonamide, pentafluoroethylsulfonamide, heptafluoropropylsulfonamide, nonafluorobutylsulfonamide, or the like is used. Is more preferable from the viewpoint of easy availability of raw materials, and the use of trifluoromethylsulfonamide is most preferable from the viewpoint of easy availability of raw materials.

(フッ素含有イミド)
本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法は、従来製造が困難であったRfとRfのどちらか一方がフッ素である非対称性フッ素含有イミド化合物の合成に特に有効である。
(Fluorine-containing imide)
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to this embodiment is particularly effective for the synthesis of an asymmetric fluorine-containing imide compound in which either one of Rf 1 and Rf 2 is fluorine, which has conventionally been difficult to produce.

上記式(7)で表されるフッ素含有イミド化合物は、RfとRfとが同一の場合(対称構造)として、ビス(フルオロスルホニル)イミド[(FSONH]、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド[(CFSONH]、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド[(CSONH]、ビス(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミド[(CSONH]、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミド[(CSONH]等のペルフルオロアルキルスルホンイミド類が挙げられる。なお、本実施形態のRf及びRfにおいて、炭素数3又は4の場合には、直鎖状以外に分岐状の構造異性体を含んでいる(以下、炭素数3又は4の場合は同様)。In the fluorine-containing imide compound represented by the above formula (7), when Rf 1 and Rf 2 are the same (symmetric structure), bis (fluorosulfonyl) imide [(FSO 2 ) 2 NH], bis (trifluoromethane) Sulfonyl) imide [(CF 3 SO 2 ) 2 NH], bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide [(C 2 F 5 SO 2 ) 2 NH], bis (heptafluoropropanesulfonyl) imide [(C 3 F 7 SO 2 ) 2 NH] and perfluoroalkylsulfonimides such as bis (nonafluorobutanesulfonyl) imide [(C 4 F 9 SO 2 ) 2 NH]. In Rf 1 and Rf 2 of the present embodiment, when the number of carbon atoms is 3 or 4, branched structural isomers are included in addition to the straight chain (hereinafter, the same applies when the number of carbon atoms is 3 or 4). ).

また、RfとRfとが異なる場合(非対称構造)、フッ素含有イミド化合物として、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミド[(FSO)(CFSO)NH]、ペンタフルオロ−N−(フルオロスルホニル)エタンスルホニルアミド[(FSO)(CSO)NH]、ヘプタフルオロ−N−(フルオロスルホニル)プロパンスルホニルアミド[(FSO)(CSO)NH]、ノナフルオロ−N−(フルオロスルホニル)ブタンスルホニルアミド[(FSO)(CSO)NH]、ペンタフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]エタンスルホニルアミド[(CFSO)(CSO)NH]、ヘプタフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]プロパンスルホニルアミド[(CFSO)(CSO)NH]、ノナフルオロ−N−[(トリフルオロメタン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(CFSO)(CSO)NH]、ヘプタフルオロ−N−[(ペンタフルオロエタン)スルホニル]プロパンスルホニルアミド[(CSO)(CSO)NH]、ノナフルオロ−N−[(ペンタフルオロエタン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(CSO)(CSO)NH]、ノナフルオロ−N−[(ヘプタフルオロプロパン)スルホニル]ブタンスルホニルアミド[(CSO)(CSO)NH]等が挙げられる。When Rf 1 and Rf 2 are different (asymmetric structure), as the fluorine-containing imide compound, trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide [(FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) NH], pentafluoro -N- (fluorosulfonyl) ethane sulfonyl amide [(FSO 2) (C 2 F 5 SO 2) NH], heptafluoro -N- (fluorosulfonyl) propane sulfonyl amide [(FSO 2) (C 3 F 7 SO 2 ) NH], nonafluoro-N- (fluorosulfonyl) butanesulfonylamide [(FSO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NH], pentafluoro-N-[(trifluoromethane) sulfonyl] ethanesulfonylamide [(CF 3 SO 2) (C 2 F 5 SO 2) NH], heptafluoro -N - [( Trifluoromethane) sulfonyl] propane sulfonyl amide [(CF 3 SO 2) ( C 3 F 7 SO 2) NH], nonafluoro -N - [(trifluoromethane) sulfonyl] butane sulfonyl amide [(CF 3 SO 2) ( C 4 F 9 SO 2) NH] , heptafluoro -N - [(pentafluoroethane) sulfonyl] propane sulfonyl amide [(C 2 F 5 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2) NH], nonafluoro -N- [ (pentafluoroethane) sulfonyl] butane sulfonyl amide [(C 2 F 5 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2) NH], nonafluoro -N - [(heptafluoropropane) sulfonyl] butane sulfonyl amide [(C 3 F 7 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NH] and the like.

従来のフッ素含有イミド化合物の製造方法でRfとRfのどちらか一方がフッ素である非対称性フッ素含有イミド化合物を製造する場合、他のフッ素含有イミド化合物を製造する場合と比べて製造が困難であった。本実施形態のフッ素含有イミド化合物の合成方法は、RfとRfのどちらか一方がフッ素である非対称性フッ素含有イミド化合物の合成に有効である。
本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法では、上記非対称性フッ素含有イミド化合物のうち、トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドを合成することが、原料の入手が容易である観点からより好ましい。
When producing an asymmetric fluorine-containing imide compound in which either Rf 1 or Rf 2 is fluorine in the conventional method for producing a fluorine-containing imide compound, it is difficult to produce as compared with the case of producing other fluorine-containing imide compounds. Met. The method for synthesizing a fluorine-containing imide compound according to this embodiment is effective for synthesizing an asymmetric fluorine-containing imide compound in which either Rf 1 or Rf 2 is fluorine.
In the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, it is possible to synthesize trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide among the asymmetric fluorine-containing imide compounds from the viewpoint of easy availability of raw materials. More preferred.

本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法では、上記式(8)に示されるフッ素含有スルホン酸としてフルオロスルホン酸(FSOH)を、上記式(9)に示されるフッ素含有スルホンアミドとしてトリフルオロメチルスルホンアミド(CFSONH)をそれぞれ用い、上記式(7)で表されるフッ素含有イミド化合物として、RfとRfとが異なる非対称性フッ素含有イミド化合物であるトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミド[(FSO)(CFSO)NH]を合成する際に適用することが特に好ましい。In the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, fluorosulfonic acid (FSO 3 H) is used as the fluorine-containing sulfonic acid represented by the above formula (8), and trifluoride is used as the fluorine-containing sulfonamide represented by the above formula (9). Trifluoro- which is an asymmetric fluorine-containing imide compound in which Rf 1 and Rf 2 are different from each other as a fluorine-containing imide compound represented by the above formula (7) using each of fluoromethylsulfonamide (CF 3 SO 2 NH 2 ). It is particularly preferable to apply it when synthesizing N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide [(FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) NH].

本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法における第1の方法は、フッ素含有スルホン酸に塩化チオニルを溶解して溶解液を生成する過程(溶解液の生成過程)と、この溶解液を加熱し、これにフッ素含有スルホンアミドを添加して反応させる過程(添加反応過程)からなるフッ素含有イミド化合物の製造方法である。以下、各過程について具体的に説明する。   The first method in the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment is a process of dissolving thionyl chloride in fluorine-containing sulfonic acid to form a solution (solution formation process), and heating the solution. This is a method for producing a fluorine-containing imide compound comprising a process of adding a fluorine-containing sulfonamide and reacting it (addition reaction process). Each process will be specifically described below.

(溶解液の生成過程)
先ず、反応容器内にフッ素含有スルホン酸と塩化チオニルとを反応させることなく投入して、フッ素含有スルホン酸に塩化チオニルが溶解した溶解液を生成する。
(Solution generation process)
First, the fluorine-containing sulfonic acid and thionyl chloride are charged into the reaction vessel without reacting to produce a solution in which thionyl chloride is dissolved in the fluorine-containing sulfonic acid.

ここで、フッ素含有スルホン酸の量は、添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で1〜20倍とすることが好ましく、1〜8倍とすることがより好ましい。フッ素含有スルホン酸が添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で1倍未満であると、反応に必要なフッ素含有スルホン酸が不足してフッ素含有イミド化合物の生成量が低下するため、好ましくない。一方、フッ素含有スルホン酸の量が添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で20倍を超えると経済的に無駄である。   Here, the amount of the fluorine-containing sulfonic acid is preferably 1 to 20 times, more preferably 1 to 8 times in terms of molar ratio with respect to the fluorine-containing sulfonamide to be added. When the molar ratio of the fluorine-containing sulfonic acid is less than 1 times the fluorine-containing sulfonamide, the fluorine-containing sulfonic acid necessary for the reaction is insufficient and the production amount of the fluorine-containing imide compound is decreased, which is not preferable. . On the other hand, when the amount of the fluorine-containing sulfonic acid exceeds 20 times in molar ratio with respect to the fluorine-containing sulfonamide to be added, it is economically useless.

また、塩化チオニルの量は、添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で1〜10倍とすることが好ましく、1〜5倍とすることがより好ましい。塩化チオニルが添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で1倍未満であると、反応に必要な塩化チオニルが不足してフッ素含有イミド化合物の生成量が低下するため、好ましくない。一方、塩化チオニルの量が添加するフッ素含有スルホンアミドに対してモル比で10倍を超えると経済的に無駄である。   In addition, the amount of thionyl chloride is preferably 1 to 10 times, more preferably 1 to 5 times in terms of molar ratio with respect to the fluorine-containing sulfonamide to be added. When the molar ratio is less than 1 time with respect to the fluorine-containing sulfonamide added by thionyl chloride, the amount of thionyl chloride necessary for the reaction is insufficient and the production amount of the fluorine-containing imide compound is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the amount of thionyl chloride exceeds 10 times in molar ratio with respect to the fluorine-containing sulfonamide to be added, it is economically wasteful.

本実施形態において、塩化チオニルの存在下でフッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとを反応させることにより、反応性が高まっているものと考えられる。   In this embodiment, it is considered that the reactivity is increased by reacting the fluorine-containing sulfonic acid and the fluorine-containing sulfonamide in the presence of thionyl chloride.

(添加反応過程)
添加反応過程では、先ず、反応容器内に投入された上記溶解液を加熱する。次に、加熱している上記反応容器にフッ素含有スルホンアミドを添加する。このようにして、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとを塩化チオニルの存在下で反応させる。
(Addition reaction process)
In the addition reaction process, first, the dissolving solution charged in the reaction vessel is heated. Next, fluorine-containing sulfonamide is added to the heating reaction vessel. In this way, the fluorine-containing sulfonic acid and the fluorine-containing sulfonamide are reacted in the presence of thionyl chloride.

ここで、フッ素含有スルホンアミドを添加中の反応容器内の反応温度が、50〜140℃の範囲であることが好ましく、60〜120℃の範囲であることがより好ましい。反応温度が50℃未満であると、反応の進行が遅くなるために好ましくない。一方、140℃を超えると塩化チオニルが揮発してしまうために好ましくない。したがって、予め加熱するフッ素含有スルホン酸と塩化チオニルとの溶解液の温度は、例えば60〜120℃に加熱しておくことが好ましい。   Here, the reaction temperature in the reaction vessel during addition of the fluorine-containing sulfonamide is preferably in the range of 50 to 140 ° C, more preferably in the range of 60 to 120 ° C. A reaction temperature of less than 50 ° C. is not preferable because the reaction progresses slowly. On the other hand, if it exceeds 140 ° C., thionyl chloride volatilizes, which is not preferable. Therefore, it is preferable that the temperature of the solution of fluorine-containing sulfonic acid and thionyl chloride to be heated in advance is, for example, 60 to 120 ° C.

また、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法における第2の方法は、フッ素含有スルホン酸にフッ素含有スルホンアミドを溶解して溶解液を生成する過程(溶解液生成過程)と、この溶解液を加熱し、これに塩化チオニルを滴下して反応させる工程(滴下反応過程)と、からなるフッ素含有イミド化合物の製造方法である。   The second method in the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment includes a process of dissolving a fluorine-containing sulfonamide in fluorine-containing sulfonic acid to form a solution (solution generation process), and this solution And a step of dripping thionyl chloride to react with this (a dropping reaction step), and a method for producing a fluorine-containing imide compound.

ここで、第2の方法は、上述した第1の方法とは、フッ素含有スルホン酸に溶解させる塩化チオニルと、添加するフッ素含有スルホンアミドとを入れ替えたものであり、各原料の投入量及び反応容器内の反応温度については、第1の方法と同じ条件である。   Here, the second method is different from the first method described above in that thionyl chloride dissolved in the fluorine-containing sulfonic acid and the fluorine-containing sulfonamide to be added are exchanged. About the reaction temperature in a container, it is the same conditions as a 1st method.

さらに、本実施形態における第3の方法は、フッ素含有スルホン酸と、フッ素含有スルホンアミドと、塩化チオニルと、を混合して混合液を生成する過程(混合液の生成過程)と、この混合液を加熱して反応させる過程(加熱反応過程)と、からなるフッ素含有イミド化合物の製造方法である。   Further, the third method in the present embodiment includes a process of mixing a fluorine-containing sulfonic acid, a fluorine-containing sulfonamide, and thionyl chloride to form a mixed liquid (a mixed liquid generation process), and this mixed liquid. And a process of heating and reacting (heating reaction process), and a method for producing a fluorine-containing imide compound.

ここで、第3の方法は、上述した第1及び第2の方法とは、フッ素含有スルホン酸に予め塩化チオニルとフッ素含有スルホンアミドとを溶解させた後に加熱するものであり、各原料の投入量及び反応容器内の反応温度については、第1の方法と同じ条件である。   Here, the third method is the same as the first and second methods described above, in which thionyl chloride and fluorine-containing sulfonamide are dissolved in advance in fluorine-containing sulfonic acid and then heated. The amount and the reaction temperature in the reaction vessel are the same conditions as in the first method.

以上説明したように、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとを塩化チオニルの存在下で反応させることにより、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとからフッ素含有イミド化合物を合成することが可能となる。したがって、工業的に入手しやすく、扱い易い原料を用いて、収率の高いフッ素含有イミド化合物の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, fluorine-containing sulfonic acid and fluorine-containing sulfonamide are reacted with each other in the presence of thionyl chloride. It becomes possible to synthesize a fluorine-containing imide compound from a sulfonamide. Therefore, the manufacturing method of a fluorine-containing imide compound with a high yield can be provided using the industrially easily available and easy-to-handle raw material.

また、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、フッ素含有スルホン酸とフッ素含有スルホンアミドとを組み合わせて反応させることにより、対称構造及び非対称構造のフッ素含有スルホンイミドを容易に製造することができる。   In addition, according to the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, a fluorine-containing sulfonimide having a symmetric structure and an asymmetric structure is easily produced by reacting a fluorine-containing sulfonic acid and a fluorine-containing sulfonamide in combination. be able to.

また、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、塩化チオニルの反応系への添加によって、反応性を高めることが可能であると考えられる。これにより、従来知られていなかったフッ素含有スルホンアミドとフッ素含有スルホン酸とからフッ素含有イミド化合物を合成する方法を提供することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the fluorine-containing imide compound of this embodiment, it is thought that the reactivity can be improved by adding thionyl chloride to the reaction system. Thereby, the method of synthesize | combining a fluorine-containing imide compound from the fluorine-containing sulfonamide and fluorine-containing sulfonic acid which were not known conventionally can be provided.

また、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、原料の一つであるフッ素含有スルホン酸の沸点が高いため、オートクレーブ等の特殊な装置を用いることなく簡便にフッ素含有イミド化合物を製造することができる。   In addition, according to the method for producing a fluorine-containing imide compound of the present embodiment, since the boiling point of fluorine-containing sulfonic acid, which is one of the raw materials, is high, the fluorine-containing imide compound can be easily obtained without using a special device such as an autoclave. Can be manufactured.

また、本実施形態のフッ素含有イミド化合物の製造方法によれば、スルホンアミドとスルホン酸から電池電解質などに用いられるフッ素含有イミド化合物の合成が可能になる。   Moreover, according to the manufacturing method of the fluorine-containing imide compound of this embodiment, the synthesis | combination of the fluorine-containing imide compound used for a battery electrolyte etc. from a sulfonamide and a sulfonic acid is attained.

以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、なんら限定されるものではない。   Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail by way of examples. In addition, this invention is not limited at all by the Example.

(実施例1)
攪拌機、温度計を備えた100mLのガラス製反応器にトリフルオロメチルスルホンアミド30g、塩化チオニル46g、フルオロスルホン酸88gを仕込み、120℃で12時間反応した。反応中は、塩化水素ガスや二酸化硫黄ガスの発生が確認された。
反応液を水に滴下し、19F−NMRにて分析を行った。56.7ppm、―78.3ppmにそれぞれトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドのピークが確認された。
内部標準添加法によりトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドのトリフルオロメチルスルホンアミド基準の収率は70%であった。
Example 1
A 100 mL glass reactor equipped with a stirrer and a thermometer was charged with 30 g of trifluoromethylsulfonamide, 46 g of thionyl chloride, and 88 g of fluorosulfonic acid, and reacted at 120 ° C. for 12 hours. During the reaction, generation of hydrogen chloride gas and sulfur dioxide gas was confirmed.
The reaction solution was added dropwise to water and analyzed by 19 F-NMR. The peaks of trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide were confirmed at 56.7 ppm and -78.3 ppm, respectively.
The yield based on trifluoromethylsulfonamide of trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide was 70% by the internal standard addition method.

(実施例2)
攪拌機、温度計を備えた100mLのガラス製反応器にフルオロスルホン酸50g、トリフルオロメチルスルホンアミド15gを仕込み、120℃に加熱した。加熱した反応液に塩化チオニル24gを2時間かけて滴下した。滴下中は、塩化水素ガスや二酸化硫黄ガスの発生が確認された。
滴下終了後、120℃2時間で反応した。反応終了後、反応液を水に滴下し、19F−NMRにて分析を行った。56.7ppm、―78.3ppmにそれぞれトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドのピークが確認された。
内部標準添加法によりトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドのトリフルオロメチルスルホンアミド基準の収率は81%であった。
(Example 2)
A 100 mL glass reactor equipped with a stirrer and a thermometer was charged with 50 g of fluorosulfonic acid and 15 g of trifluoromethylsulfonamide, and heated to 120 ° C. 24 g of thionyl chloride was added dropwise to the heated reaction solution over 2 hours. During the dropping, generation of hydrogen chloride gas and sulfur dioxide gas was confirmed.
After completion of dropping, the reaction was performed at 120 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was added dropwise to water and analyzed by 19 F-NMR. The peaks of trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide were confirmed at 56.7 ppm and -78.3 ppm, respectively.
According to the internal standard addition method, the yield of trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide based on trifluoromethylsulfonamide was 81%.

(比較例1)
実施例1と同様の装置攪拌機、温度計を備えた100mLのガラス製反応器にフルオロ硫酸45gを仕込み、80℃で加熱した。トリフルオロメチルスルホンアミドを22g加え、さらに80℃で130時間反応させた。
反応液を水に滴下し、19F−NMRにて分析を行った。トリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドのピークは検出されなかった。
(Comparative Example 1)
In a 100 mL glass reactor equipped with the same apparatus stirrer and thermometer as in Example 1, 45 g of fluorosulfuric acid was charged and heated at 80 ° C. 22 g of trifluoromethylsulfonamide was added and further reacted at 80 ° C. for 130 hours.
The reaction solution was added dropwise to water and analyzed by 19 F-NMR. No trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide peak was detected.

本実施形態で示すフッ素含有イミド化合物の製造方法では、工業的に入手しやすいフッ素含有スルホン酸、フッ素含有スルホンアミド、及び塩化チオニルを用いてフッ素含有イミド化合物を製造することができ、製造したフッ素含有イミド化合物をイオン導伝材料やイオン液体のアニオン源として工業的に有用に用いることが出来る。   In the method for producing a fluorine-containing imide compound shown in the present embodiment, a fluorine-containing imide compound can be produced using fluorine-containing sulfonic acid, fluorine-containing sulfonamide, and thionyl chloride that are industrially easily available. The imide compound can be industrially useful as an ion conductive material or an anion source of an ionic liquid.

Claims (6)

下記式(1)に示されるフッ素含有イミド化合物の製造方法であって、
下記式(2)に示されるフッ素含有スルホン酸と、下記式(3)に示されるフッ素含有スルホンアミドと、を、塩化チオニルの存在下で反応させることを特徴とするフッ素含有イミド化合物の製造方法。
(RfSO)(RfSO)NH ・・・(1)
RfSOH・・(2)
RfSONH ・・・(3)
但し、上記式(1)〜(3)において、Rf及びRfはフッ素又は炭素数1〜4の直鎖状あるいは分岐状のペルフルオロアルキル基である。
A method for producing a fluorine-containing imide compound represented by the following formula (1):
A method for producing a fluorine-containing imide compound comprising reacting a fluorine-containing sulfonic acid represented by the following formula (2) with a fluorine-containing sulfonamide represented by the following formula (3) in the presence of thionyl chloride: .
(Rf 1 SO 2 ) (Rf 2 SO 2 ) NH (1)
Rf 1 SO 3 H (2)
Rf 2 SO 2 NH 2 (3)
However, the above formula (1) in ~ (3), Rf 1 and Rf 2 are fluorine or a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
上記式(1)に示されるフッ素含有イミド化合物が、下記式(4)に示されるトリフルオロ−N−(フルオロスルホニル)メタンスルホニルアミドであり、
上記式(2)に示されるフッ素含有スルホン酸が、下記式(5)に示されるフルオロスルホン酸であり、
上記式(3)に示されるフッ素含有スルホンアミドが、下記式(6)に示されるトリフルオロメチルスルホンアミドであることを特徴とする請求項1に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
(FSO)(CFSO)NH ・・・(4)
FSOH・・(5)
CFSONH ・・・(6)
The fluorine-containing imide compound represented by the above formula (1) is trifluoro-N- (fluorosulfonyl) methanesulfonylamide represented by the following formula (4),
The fluorine-containing sulfonic acid represented by the above formula (2) is a fluorosulfonic acid represented by the following formula (5),
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to claim 1, wherein the fluorine-containing sulfonamide represented by the formula (3) is a trifluoromethylsulfonamide represented by the following formula (6).
(FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ) NH (4)
FSO 3 H (5)
CF 3 SO 2 NH 2 (6)
前記フッ素含有スルホン酸に前記塩化チオニルを溶解して溶解液を生成する過程と、
前記溶解液を加熱し、これに前記フッ素含有スルホンアミドを添加して反応させる過程を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
Dissolving the thionyl chloride in the fluorine-containing sulfonic acid to form a solution;
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to claim 1, further comprising a step of heating the solution and adding the fluorine-containing sulfonamide to the reaction.
前記フッ素含有スルホン酸に前記フッ素含有スルホンアミドを溶解して溶解液を生成する過程と、
前記溶解液を加熱し、これに前記塩化チオニルを滴下して反応させる工程を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
Dissolving the fluorine-containing sulfonamide in the fluorine-containing sulfonic acid to produce a solution;
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to claim 1, further comprising a step of heating the solution and dropping the thionyl chloride to react with the solution.
前記フッ素含有スルホン酸と、前記フッ素含有スルホンアミドと、前記塩化チオニルと、を混合して混合液を生成する過程と、
前記混合液を加熱して反応させる過程を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。
A step of mixing the fluorine-containing sulfonic acid, the fluorine-containing sulfonamide, and the thionyl chloride to form a mixed solution;
The method for producing a fluorine-containing imide compound according to claim 1, further comprising a step of reacting the mixed liquid by heating.
反応温度が、50〜140℃の範囲であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のフッ素含有イミド化合物の製造方法。   The method for producing a fluorine-containing imide compound according to any one of claims 1 to 5, wherein the reaction temperature is in the range of 50 to 140 ° C.
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